宇宙线主导星系晕中环星系介质的性质

我们在 FIRE-2 模拟中研究了宇宙线（CRs）对环星系介质（CGM）的影响，对象为宿主恒星形成（SF）星系的从超暗矮星系到银河系（MW）质量晕。我们的 CR 处理包括超新星注入、沿磁场线的各向异性流与扩散、碰撞与流动损失，并选取恒定平行扩散系数 $\kappa\sim3\times10^{29}\,\mathrm{cm^2\ s^{-1}}$ 以匹配 $\gamma$ 射线观测。由此，CRs 在更大晕质量与更低红移处变得更重要，并在 $z\lesssim 1-2$ 的 MW 质量晕 CGM 中主导压强。这些“CR 主导”晕中的气体与不含 CRs 的模拟显著不同：气体主要偏冷（几 $\sim10^{4}\,$K），且冷相充满体积，其热压强低于位力或局地热压强平衡所需。该弥漫冷气体中“低”与“中”离子的电离由光致电离主导，在距离 $\gtrsim 150\,\mathrm{kpc}$ 处 O VI 柱密度 $\gtrsim 10^{14.5}\,\mathrm{cm^{-2}}$。CR 与热气体压强局地反相关，维持总压强平衡，且 CGM 气体密度剖面由 CR 压强梯度与引力的平衡决定。忽略 CRs 时，相同晕主要暖/热（$T\gtrsim 10^{5}\,$K），热压强平衡引力，碰撞电离主导，O VI 柱密度更低而 Ne VIII 更高，冷相被限制为与热相局地热压强平衡的致密丝状结构。